JPH054828B2 - - Google Patents
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- JPH054828B2 JPH054828B2 JP62219150A JP21915087A JPH054828B2 JP H054828 B2 JPH054828 B2 JP H054828B2 JP 62219150 A JP62219150 A JP 62219150A JP 21915087 A JP21915087 A JP 21915087A JP H054828 B2 JPH054828 B2 JP H054828B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は極低温で動作する超電導素子に係り、
特に安定性と高速のスイツチング特性を有するの
に好適なトンネル型ジヨセフソン接合素子のトン
ネル障壁層構造に関する。
特に安定性と高速のスイツチング特性を有するの
に好適なトンネル型ジヨセフソン接合素子のトン
ネル障壁層構造に関する。
従来、トンネル形ジヨゼフソン接合素子のトン
ネル障害層の材料について、特開昭60−47478号
に記載のように窒化アルミニウムを用いていた。
しかし窒化アルミニウムの材料としての安定性
や、素子としてのスイツチング特性に影響を与え
る誘電率については配慮されていなかつた。その
他トンネル型ジヨセフソン接合素子のトンネル障
壁層の材料及び層間絶縁膜の材料については、ジ
ヤパニーズ ジヤーナル オブ アプライド フ
イジツクス、25（1986年）第L70頁から第L72頁
（Jpn.J.Appl.Phys.，25（1986）pp.L70−L72）に
記載のように金属の酸化物あるいは半導体の酸化
物を用いていた。
ネル障害層の材料について、特開昭60−47478号
に記載のように窒化アルミニウムを用いていた。
しかし窒化アルミニウムの材料としての安定性
や、素子としてのスイツチング特性に影響を与え
る誘電率については配慮されていなかつた。その
他トンネル型ジヨセフソン接合素子のトンネル障
壁層の材料及び層間絶縁膜の材料については、ジ
ヤパニーズ ジヤーナル オブ アプライド フ
イジツクス、25（1986年）第L70頁から第L72頁
（Jpn.J.Appl.Phys.，25（1986）pp.L70−L72）に
記載のように金属の酸化物あるいは半導体の酸化
物を用いていた。
上記窒化アルミニウムを使用した従来技術は
Alの融点が660℃と低い点について配慮がされて
おらず、窒化アルミニウムによるトンネル障壁層
形成の過程でAlのみからなる部分が生成した場
合や、窒化アルミニウムによるトンネル障壁層形
成後に何らかの作用によつてAlの析出した部分
ができた場合に、その後の工程による熱処理によ
つてAlが上部や下部の電極中に拡散して、ジヨ
セフソン接合としてギヤツプ電圧が低下したりサ
ブギヤツプ領域におけるリーク電流が増加すると
いう問題があつた。例えば電極をNbとした場合
を考える。200nｍのNb上に3nｍの窒化アルミニ
ウムを堆積しさらに20nｍのNbを堆積した構造の
三層膜を300℃で30分熱処理した前後の膜につい
てオージエ電子分光分析を深さ方向に行つた結果
を図２と図３に示す。また上記三層膜を用いて作
製したジヨセフソン接合を300℃で30分熱処理し
た前後の電流−電圧特性を図４と図５に示す。
300℃で30分熱処理を行つた場合、トンネル障壁
層中のAlのNb電極中への拡散が見られ、また電
流−電圧特性におけるギヤツプ電圧が2.9ｍＶか
ら2.6ｍＶに低下し、サブギヤツプ領域における
リーク電流が増大した。２ｍＶにおけるサブギヤ
ツプ抵抗をRj、４ｍＶにおける常抵抗をRooと
し、リーク電流を評価する指標としてRj／Rooを
考えると、熱処理前の図４ではRj／Roo＝21であ
るが、熱処理後の図５ではRj／Roo＝５となつ
た。ジヨセフソン接合を用いて集積回路を構成す
る場合、ギヤツプ電圧が一定であること及び
Rj／Rooが少なくとも15以上あることが必要であ
り、窒化アルミニウムをトンネル障壁層に用いた
接合では耐熱性が得られず、長期保存した場合の
安定性も期待できないという問題があつた。
Alの融点が660℃と低い点について配慮がされて
おらず、窒化アルミニウムによるトンネル障壁層
形成の過程でAlのみからなる部分が生成した場
合や、窒化アルミニウムによるトンネル障壁層形
成後に何らかの作用によつてAlの析出した部分
ができた場合に、その後の工程による熱処理によ
つてAlが上部や下部の電極中に拡散して、ジヨ
セフソン接合としてギヤツプ電圧が低下したりサ
ブギヤツプ領域におけるリーク電流が増加すると
いう問題があつた。例えば電極をNbとした場合
を考える。200nｍのNb上に3nｍの窒化アルミニ
ウムを堆積しさらに20nｍのNbを堆積した構造の
三層膜を300℃で30分熱処理した前後の膜につい
てオージエ電子分光分析を深さ方向に行つた結果
を図２と図３に示す。また上記三層膜を用いて作
製したジヨセフソン接合を300℃で30分熱処理し
た前後の電流−電圧特性を図４と図５に示す。
300℃で30分熱処理を行つた場合、トンネル障壁
層中のAlのNb電極中への拡散が見られ、また電
流−電圧特性におけるギヤツプ電圧が2.9ｍＶか
ら2.6ｍＶに低下し、サブギヤツプ領域における
リーク電流が増大した。２ｍＶにおけるサブギヤ
ツプ抵抗をRj、４ｍＶにおける常抵抗をRooと
し、リーク電流を評価する指標としてRj／Rooを
考えると、熱処理前の図４ではRj／Roo＝21であ
るが、熱処理後の図５ではRj／Roo＝５となつ
た。ジヨセフソン接合を用いて集積回路を構成す
る場合、ギヤツプ電圧が一定であること及び
Rj／Rooが少なくとも15以上あることが必要であ
り、窒化アルミニウムをトンネル障壁層に用いた
接合では耐熱性が得られず、長期保存した場合の
安定性も期待できないという問題があつた。
また上記従来技術は窒化アルミニウムの誘電率
についてはNb2O5との比較についてしか配慮され
ておわず、酸化アルミニウムをトンネル障壁層に
用いた場合と比べると接合容量を小さくすること
はできなかつた。バルクにおいて比較した場合窒
化アルミニウムの比誘電率は９で酸化アルミニウ
ムとほぼ同じである。
についてはNb2O5との比較についてしか配慮され
ておわず、酸化アルミニウムをトンネル障壁層に
用いた場合と比べると接合容量を小さくすること
はできなかつた。バルクにおいて比較した場合窒
化アルミニウムの比誘電率は９で酸化アルミニウ
ムとほぼ同じである。
本発明の第１の目的は、ジヨセフソン接合の熱
処理や長期保存によるトンネル障壁層の劣化すな
わち接合特性の劣化を防止し、かつトンネル障壁
層に窒化アルミニウムを用いた場合よりも接合容
量の小さいジヨセフソン接合を作製することので
きるトンネル障壁層材料を提供することにある。
処理や長期保存によるトンネル障壁層の劣化すな
わち接合特性の劣化を防止し、かつトンネル障壁
層に窒化アルミニウムを用いた場合よりも接合容
量の小さいジヨセフソン接合を作製することので
きるトンネル障壁層材料を提供することにある。
金属の酸化物あるいは半導体の酸化物をトンネ
ル障壁層材料に用いた従来技術においては、トン
ネル障壁層形成後の工程あるいは素子作製後の何
らかの作用によつて、トンネル障壁層を構成する
酸化物中の酸素が上部あるいは下部の超電導電極
中に拡散してトンネル障壁層自身及び上部と下部
の超電導電極の物理的あるいは電気的特性が劣化
し、ひいては素子の電流−電圧特性におけるギヤ
ツプ電圧の低下、サブギヤツプ領域におけるリー
ク電流の増大、及び超電導臨界電流の減少が見ら
れるという問題があつた。
ル障壁層材料に用いた従来技術においては、トン
ネル障壁層形成後の工程あるいは素子作製後の何
らかの作用によつて、トンネル障壁層を構成する
酸化物中の酸素が上部あるいは下部の超電導電極
中に拡散してトンネル障壁層自身及び上部と下部
の超電導電極の物理的あるいは電気的特性が劣化
し、ひいては素子の電流−電圧特性におけるギヤ
ツプ電圧の低下、サブギヤツプ領域におけるリー
ク電流の増大、及び超電導臨界電流の減少が見ら
れるという問題があつた。
また金属の酸化物あるいは半導体の酸化物を層
間絶縁縁膜の材料に用いているため、層間絶縁膜
形成後の工程あるいは素子作製後の何らかの作用
によつて、層間絶縁膜を構成する酸化物中の酸素
が上部あるいは下部の超電導電極中に拡散して超
電導電極の物理的あるいは電気的特性が変化し、
ひいては素子の電流−電圧特性が変化するという
問題があつた。例えば、トンネル障壁層材料に
Al酸化物を用い上部と下部の超電導電極材料に
Nbを用いた場合を考える。200nｍのNb膜上に
Alを10nｍ堆積し表面を酸化してAl酸化物とし、
次に再びNbを50nｍ堆積した様な三層膜をオージ
エ電子分光を用いて深さ方向に分析した結果が第
１１図である。係る膜を窒素雰囲気中300℃で30
分間熱処理したところ、オージエ電子分光分析の
結果は第１２図の様になつた。酸素がNb中へ拡
散したことがわかる。また、200nｍのNb膜上に
Alを10nｍ堆積し表面を酸化してAl酸化物とし、
次に再びNbを100nｍ堆積した様な三層膜を用い
てジヨセフソン接合素子を作製したところ、
4.2Kにおける電流−電圧特性は第１３図の様に
なつた。係る素子を300℃で30分間熱処理したと
ころ、4.2Kにおける電流−電圧特性は第１４図
の様になつた。４ｍＶにおける常抵抗に対する
2mVにおけるサブギヤツプ抵抗の比は熱処理に
よつて22から７に低下し、ギヤツプ電圧は熱処理
によつて2.9ｍＶから2.7ｍＶに低下した。
間絶縁縁膜の材料に用いているため、層間絶縁膜
形成後の工程あるいは素子作製後の何らかの作用
によつて、層間絶縁膜を構成する酸化物中の酸素
が上部あるいは下部の超電導電極中に拡散して超
電導電極の物理的あるいは電気的特性が変化し、
ひいては素子の電流−電圧特性が変化するという
問題があつた。例えば、トンネル障壁層材料に
Al酸化物を用い上部と下部の超電導電極材料に
Nbを用いた場合を考える。200nｍのNb膜上に
Alを10nｍ堆積し表面を酸化してAl酸化物とし、
次に再びNbを50nｍ堆積した様な三層膜をオージ
エ電子分光を用いて深さ方向に分析した結果が第
１１図である。係る膜を窒素雰囲気中300℃で30
分間熱処理したところ、オージエ電子分光分析の
結果は第１２図の様になつた。酸素がNb中へ拡
散したことがわかる。また、200nｍのNb膜上に
Alを10nｍ堆積し表面を酸化してAl酸化物とし、
次に再びNbを100nｍ堆積した様な三層膜を用い
てジヨセフソン接合素子を作製したところ、
4.2Kにおける電流−電圧特性は第１３図の様に
なつた。係る素子を300℃で30分間熱処理したと
ころ、4.2Kにおける電流−電圧特性は第１４図
の様になつた。４ｍＶにおける常抵抗に対する
2mVにおけるサブギヤツプ抵抗の比は熱処理に
よつて22から７に低下し、ギヤツプ電圧は熱処理
によつて2.9ｍＶから2.7ｍＶに低下した。
また、超電導臨界電流は38μAから60μAへと増
大した。
大した。
本発明の第２の目的はトンネル障害層の材料に
酸化物を用いないことにより、酸素の拡散による
トンネル障壁層自身及び上部と下部の超電導電極
の物理的あるいは電気的特性劣化を防止するこ
と、または、層間絶縁膜の材料に酸化物を用いな
いことにより、酸素の拡散による上部と下部の超
電導電極の物理的あるいは電気的特性劣化を防止
することにある。
酸化物を用いないことにより、酸素の拡散による
トンネル障壁層自身及び上部と下部の超電導電極
の物理的あるいは電気的特性劣化を防止するこ
と、または、層間絶縁膜の材料に酸化物を用いな
いことにより、酸素の拡散による上部と下部の超
電導電極の物理的あるいは電気的特性劣化を防止
することにある。
上記第１の目的は、ジヨセフソン接合素子のト
ンネル障壁層を窒化ホウ素で構成することにより
達成される。
ンネル障壁層を窒化ホウ素で構成することにより
達成される。
上記第２の目的は、トンネル障壁層及び層間絶
縁膜を炭化シリコンで構成することにより、達成
される。
縁膜を炭化シリコンで構成することにより、達成
される。
ジヨセフソン接合素子のトンネル障壁層を窒化
ホウ素で構成すれば、何らかの作用によつてトン
ネル障壁層中にホウ素のみからなる部分ができた
としても、ホウ素の融点は2080℃でありAlの融
点660℃よりも高いため、熱処理を行つたとして
もホウ素が上部や下部の電極中に拡散することが
ほとんどない。例えば電極をNbとした場合を考
える。200nｍのNb上に3nｍのBNを堆積しさら
に20nｍのNbを堆積した構造の三層膜を300℃で
30分熱処理した前後の膜についてオージエ電子分
光分析を深さ方向に行つた結果を図６と図７に示
す。300℃で30分熱処理を行つてもトンネル障壁
層中のホウ素のNb電極中への拡散は観測されな
かつた。従つてトンネル障壁層自身や上部及び下
部電極の劣化が少なく、電流−電圧特性において
ギヤツプ電圧が低下したりサブギヤツプ領域にお
けるリーク電流が増加することがない。
ホウ素で構成すれば、何らかの作用によつてトン
ネル障壁層中にホウ素のみからなる部分ができた
としても、ホウ素の融点は2080℃でありAlの融
点660℃よりも高いため、熱処理を行つたとして
もホウ素が上部や下部の電極中に拡散することが
ほとんどない。例えば電極をNbとした場合を考
える。200nｍのNb上に3nｍのBNを堆積しさら
に20nｍのNbを堆積した構造の三層膜を300℃で
30分熱処理した前後の膜についてオージエ電子分
光分析を深さ方向に行つた結果を図６と図７に示
す。300℃で30分熱処理を行つてもトンネル障壁
層中のホウ素のNb電極中への拡散は観測されな
かつた。従つてトンネル障壁層自身や上部及び下
部電極の劣化が少なく、電流−電圧特性において
ギヤツプ電圧が低下したりサブギヤツプ領域にお
けるリーク電流が増加することがない。
また、窒化ホウ素のバルクにおける比誘電率は
4.15であり窒化アルミニウムの値９の半分以下で
ある。従つて、窒化ホウ素でトンネル障壁層を構
成することによつて、ジヨセフソン接合素子を接
合容量を大幅に小さくすることができる。それに
よつて、係る素子を用いた回路におけるスイツチ
ング特性の高速化を実現できる。
4.15であり窒化アルミニウムの値９の半分以下で
ある。従つて、窒化ホウ素でトンネル障壁層を構
成することによつて、ジヨセフソン接合素子を接
合容量を大幅に小さくすることができる。それに
よつて、係る素子を用いた回路におけるスイツチ
ング特性の高速化を実現できる。
ジヨセフソン接合素子のトンネル障壁層を炭化
シリコンで構成することにより、障壁層中に酸素
を含むことなしに素子を構成することができる。
またジヨセフソン接合素子の層間絶縁膜を炭化シ
リコンで構成することにより、層間絶縁膜中に酸
素を含むことなしに素子を構成することができ
る。上記の構成を用いることにより、トンネル障
壁層中の酸素が超電導電極中に拡散してトンネル
障壁層自身あるいは上部と下部の電極が劣化する
こと、また層間絶縁膜中の酸素が超電導電極中に
拡散して上部と下部の電極が劣化することを防止
することができる。
シリコンで構成することにより、障壁層中に酸素
を含むことなしに素子を構成することができる。
またジヨセフソン接合素子の層間絶縁膜を炭化シ
リコンで構成することにより、層間絶縁膜中に酸
素を含むことなしに素子を構成することができ
る。上記の構成を用いることにより、トンネル障
壁層中の酸素が超電導電極中に拡散してトンネル
障壁層自身あるいは上部と下部の電極が劣化する
こと、また層間絶縁膜中の酸素が超電導電極中に
拡散して上部と下部の電極が劣化することを防止
することができる。
例えばトンネル障壁層にSiCを用い上部と下部
の超電導電極材料にNbを用いた場合を考える。
200nｍのNb膜上にSiCを10nｍ堆積し再びNbを
50nｍ堆積した様な三層膜をオージエ電子分光を
用いて深さ方向に分析した結果が第１５図であ
る。係る膜を300℃で30分間熱処理したところ、
オージエ電子分光分析の結果は第１６図の様にな
つた。第１５図と比べてほとんど変化は見られな
かつた。このことからも酸化物を用いない場合の
安定性は明らかである。
の超電導電極材料にNbを用いた場合を考える。
200nｍのNb膜上にSiCを10nｍ堆積し再びNbを
50nｍ堆積した様な三層膜をオージエ電子分光を
用いて深さ方向に分析した結果が第１５図であ
る。係る膜を300℃で30分間熱処理したところ、
オージエ電子分光分析の結果は第１６図の様にな
つた。第１５図と比べてほとんど変化は見られな
かつた。このことからも酸化物を用いない場合の
安定性は明らかである。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
る。
実施例 １
第１図は本発明の実施例によるトンネル型ジヨ
セフソン素子の一部を示す断面図である。Si基板
１上に抵抗加熱蒸着法によりSiOを300nｍ堆積し
絶縁層２とした。絶縁層２の上に直流マグネトロ
ンスパツタリング法によりNbを200nｍ堆積し、
次に高周波スパツタ法によりBN（窒化ホウ素）
を2nｍ堆積した後、再び直流マグネトロンスパ
ツタ法によりNbを100nｍとNbN30nｍを堆積し
た。NbN膜上にホトレジストパターンを形成し
た後、NbN膜30nｍとNb膜100nｍをCF4ガスを
用いた反応性イオンエツチング法によつてエツチ
ングし、さらにBN膜とその下のNb膜の一部を
Arスパツタエツチング法によつてエツチングし、
その次に残りのNb膜を再びCF4ガスを用いた反
応性イオンエツチング法によつてエツチングして
下部電極３を形成した。レジスト除去後、NbN
膜上にホトレジストによつて3μｍ×3μｍ上部電
極５のパターンを形成し、NbN膜30nｍとNb膜
100nｍをCF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グ法によつてエツチングして上部電極５と上部電
極保護層６を形成した。次にArスパツタエツチ
ング法によつてBN膜とその下のNb膜の一部を
エツチングしてトンネル障壁層４を形成した。レ
ジストを除去することなしに抵抗加熱着法により
Siを300nｍ堆積しリフトオフ法によつて加工して
積層絶縁層７とした。最後にホトレジストによつ
て配線をパターニング後Pb−In合金を抵抗加熱
蒸着法によつて堆積しリフトオフ法によつて加工
して超電導配線層８とした。以上によつて本発明
のトンネル型ジヨセフソン接合素子を作製するこ
とができた。この接合の電流−電圧特性を測定し
たところ、図８に示すように、ギヤツプ電圧2.9
ｍＶ、RJ／Roo＝23が得られた。この接合を300
℃で30分熱処理した後の電流−電圧特性を図９に
示すが、ギヤツプ電圧及びRJ／Roo共に変化は見
られなかつた。
セフソン素子の一部を示す断面図である。Si基板
１上に抵抗加熱蒸着法によりSiOを300nｍ堆積し
絶縁層２とした。絶縁層２の上に直流マグネトロ
ンスパツタリング法によりNbを200nｍ堆積し、
次に高周波スパツタ法によりBN（窒化ホウ素）
を2nｍ堆積した後、再び直流マグネトロンスパ
ツタ法によりNbを100nｍとNbN30nｍを堆積し
た。NbN膜上にホトレジストパターンを形成し
た後、NbN膜30nｍとNb膜100nｍをCF4ガスを
用いた反応性イオンエツチング法によつてエツチ
ングし、さらにBN膜とその下のNb膜の一部を
Arスパツタエツチング法によつてエツチングし、
その次に残りのNb膜を再びCF4ガスを用いた反
応性イオンエツチング法によつてエツチングして
下部電極３を形成した。レジスト除去後、NbN
膜上にホトレジストによつて3μｍ×3μｍ上部電
極５のパターンを形成し、NbN膜30nｍとNb膜
100nｍをCF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グ法によつてエツチングして上部電極５と上部電
極保護層６を形成した。次にArスパツタエツチ
ング法によつてBN膜とその下のNb膜の一部を
エツチングしてトンネル障壁層４を形成した。レ
ジストを除去することなしに抵抗加熱着法により
Siを300nｍ堆積しリフトオフ法によつて加工して
積層絶縁層７とした。最後にホトレジストによつ
て配線をパターニング後Pb−In合金を抵抗加熱
蒸着法によつて堆積しリフトオフ法によつて加工
して超電導配線層８とした。以上によつて本発明
のトンネル型ジヨセフソン接合素子を作製するこ
とができた。この接合の電流−電圧特性を測定し
たところ、図８に示すように、ギヤツプ電圧2.9
ｍＶ、RJ／Roo＝23が得られた。この接合を300
℃で30分熱処理した後の電流−電圧特性を図９に
示すが、ギヤツプ電圧及びRJ／Roo共に変化は見
られなかつた。
またこの接合の接合容量を測定したところ、
0.03pF／μm2であつた。この値は同じ膜厚の窒化
アルミニウムでトンネル障壁層を構成した場合の
値0.06pF／μm2と比べると約半分であり、本発明
の接合を用いて集積回路を作製した場合のスイツ
チング速度の向上が可能となつた。
0.03pF／μm2であつた。この値は同じ膜厚の窒化
アルミニウムでトンネル障壁層を構成した場合の
値0.06pF／μm2と比べると約半分であり、本発明
の接合を用いて集積回路を作製した場合のスイツ
チング速度の向上が可能となつた。
本実施例においては下部電極の材料にNb、上
部電極の材料にNb、層間絶縁層の材料にSi、超
電導電線層の材料にPbIn合金を用いたが、これ
らに変えて、下部電極の材料にNbN、上部電極
の材料にNbN、層間絶縁層の材料にSiO又は
SiO2、超電導配線層の材料にNbNを用いてもよ
い。
部電極の材料にNb、層間絶縁層の材料にSi、超
電導電線層の材料にPbIn合金を用いたが、これ
らに変えて、下部電極の材料にNbN、上部電極
の材料にNbN、層間絶縁層の材料にSiO又は
SiO2、超電導配線層の材料にNbNを用いてもよ
い。
実施例 ２
第１０図は本発明の実施例によるトンネル型ジ
ヨセフソン素子の一部を示す断面図である。Si基
板１０１上に直流マグネトロンスパツタ法により
Nbを200nｍ堆積し、次に高周波スパツタ法によ
りSiCを2.5nｍ堆積し、それから再び直流マグネ
トロンスパツタ法によりNb100nｍを堆積した。
Nb膜上にホトレジストパターンを形成した後、
Nb膜100nｍをCF4ガスを用いた反応性イオンエ
ツチング法によつてエツチングし、さらにCiO膜
とその下のNb膜の一部をArスパツタエツチング
法によつてエツチングし、その次に残りのNb膜
を再びCF4ガスを用いた反応性イオンエツチング
法によつてエツチングして下部電極１０２を形成
した。レジスト除去後、NbN膜上にホトレジス
トによつて上部電極104のパターンを形成し、Nb
膜100nｍをCF4ガスを用いた反応性イオンエツチ
ング法によつてエツチングして上部電極１０４を
形成した。次にArスパツタエツチング法によつ
てSiC膜とその下のNb膜の一部をエツチングし
てトンネル障壁層１０３を形成した。レジストを
除去せずに高周波スパツタ法によりSiCを300nｍ
堆積しリフトオフ法によつて加工して層間積層絶
縁膜１０５とした。最後にホトレジストによつて
配線をパターニング後Pb−In合金を抵抗加熱蒸
着法によつて堆積しリフトオフ法によつて加工し
て超電導配線層１０６とした。以上によつて本実
施例のトンネル型ジヨセフソン接合素子を作製す
ることができた。係る素子の4.2Kにおける電流
−電圧特性を測定したところ、第１７図の様にな
り、４ｍＶにおける常抵抗に対する２ｍＶにおけ
るサブギヤツプ抵抗の比25、ギヤツプ電圧2.9ｍ
Ｖが得られた。この素子を300℃で30分間熱処理
したところ、4.2Kにおける電流−電圧特性は第
１８図の様に全く変化が見られなかつた。また、
係る素子を常温で１年間保存した後の電流−電圧
特性に関しても全く変化が見られなかつた。
ヨセフソン素子の一部を示す断面図である。Si基
板１０１上に直流マグネトロンスパツタ法により
Nbを200nｍ堆積し、次に高周波スパツタ法によ
りSiCを2.5nｍ堆積し、それから再び直流マグネ
トロンスパツタ法によりNb100nｍを堆積した。
Nb膜上にホトレジストパターンを形成した後、
Nb膜100nｍをCF4ガスを用いた反応性イオンエ
ツチング法によつてエツチングし、さらにCiO膜
とその下のNb膜の一部をArスパツタエツチング
法によつてエツチングし、その次に残りのNb膜
を再びCF4ガスを用いた反応性イオンエツチング
法によつてエツチングして下部電極１０２を形成
した。レジスト除去後、NbN膜上にホトレジス
トによつて上部電極104のパターンを形成し、Nb
膜100nｍをCF4ガスを用いた反応性イオンエツチ
ング法によつてエツチングして上部電極１０４を
形成した。次にArスパツタエツチング法によつ
てSiC膜とその下のNb膜の一部をエツチングし
てトンネル障壁層１０３を形成した。レジストを
除去せずに高周波スパツタ法によりSiCを300nｍ
堆積しリフトオフ法によつて加工して層間積層絶
縁膜１０５とした。最後にホトレジストによつて
配線をパターニング後Pb−In合金を抵抗加熱蒸
着法によつて堆積しリフトオフ法によつて加工し
て超電導配線層１０６とした。以上によつて本実
施例のトンネル型ジヨセフソン接合素子を作製す
ることができた。係る素子の4.2Kにおける電流
−電圧特性を測定したところ、第１７図の様にな
り、４ｍＶにおける常抵抗に対する２ｍＶにおけ
るサブギヤツプ抵抗の比25、ギヤツプ電圧2.9ｍ
Ｖが得られた。この素子を300℃で30分間熱処理
したところ、4.2Kにおける電流−電圧特性は第
１８図の様に全く変化が見られなかつた。また、
係る素子を常温で１年間保存した後の電流−電圧
特性に関しても全く変化が見られなかつた。
従つて、熱処理や長期保存に対して安定なトン
ネル型ジヨセフソン接合素子を作製することがで
きる。係る素子を用いることによつて信頼性の高
いジヨフセン集積回路の作製が可能となつた。
ネル型ジヨセフソン接合素子を作製することがで
きる。係る素子を用いることによつて信頼性の高
いジヨフセン集積回路の作製が可能となつた。
本発明によれば、トンネル型ジヨゼフソン素子
のトンネル障壁層を窒化ホウ素を用いて構成する
ことにより、窒化アルミニウムを用いた場合と比
較して、熱処理等を行つた場合にトンネル障壁層
中に含まれる金属が上部や下部の電極中に拡散す
るのを防止してトンネル障壁層自身及び電極の劣
化を避けることができる。それによつて、ジヨセ
フソン素子の電流−電圧特性においてギヤツプ電
圧が低下したリサブギヤツプ領域のリーク電流が
増加するのを防止することができ、信頼性の高い
ジヨセフソンを集積回路の作製が可能となつた。
のトンネル障壁層を窒化ホウ素を用いて構成する
ことにより、窒化アルミニウムを用いた場合と比
較して、熱処理等を行つた場合にトンネル障壁層
中に含まれる金属が上部や下部の電極中に拡散す
るのを防止してトンネル障壁層自身及び電極の劣
化を避けることができる。それによつて、ジヨセ
フソン素子の電流−電圧特性においてギヤツプ電
圧が低下したリサブギヤツプ領域のリーク電流が
増加するのを防止することができ、信頼性の高い
ジヨセフソンを集積回路の作製が可能となつた。
また、窒化アルミニウムよりも誘電率の低い窒
化ホウ素でジヨセフソン素子のトンネル障壁層を
構成したことにより、窒化アルミニウムを用いた
場合よりも接合容量の小さいジヨセフソン接合を
作製することができ、係る素子でジヨセフソン集
積回路を構成した場合にスイツチンク特性の高速
化が可能となつた。
化ホウ素でジヨセフソン素子のトンネル障壁層を
構成したことにより、窒化アルミニウムを用いた
場合よりも接合容量の小さいジヨセフソン接合を
作製することができ、係る素子でジヨセフソン集
積回路を構成した場合にスイツチンク特性の高速
化が可能となつた。
さらに本発明によれば、ジヨセフソン接合素子
のトンネル障壁層及び層間絶縁膜を、酸化物を用
いることなしに構成することができるので、酸素
の拡散によるトンネル障壁層あるいは超電導電極
の特性劣化を防止することができる。それによ
り、熱処理や長期保存に対して安定で信頼性の高
いトンネル型ジヨセフソン接合素子を作製するこ
とができる。
のトンネル障壁層及び層間絶縁膜を、酸化物を用
いることなしに構成することができるので、酸素
の拡散によるトンネル障壁層あるいは超電導電極
の特性劣化を防止することができる。それによ
り、熱処理や長期保存に対して安定で信頼性の高
いトンネル型ジヨセフソン接合素子を作製するこ
とができる。
第１図は本発明の実施例１によるトンネル型ジ
ヨセフソン素子の一部を示す断面図である。第２
図は従来のNb／AlN／Nb三層膜をオージエ電子
分光によつて深さ方向分析した結果を示す図、第
３図は第２図と同じ膜を300℃で30分熱処理した
後のオージエ電子分光の結果を示す図である。第
４図は従来のNb／AlN／Nbジヨセフソン接合の
電流−電圧特性、第５図は係る接合を300℃で30
分熱処理した後の電流−電圧特性を示す図であ
る。第６図は本発明によるトンネル形ジヨセフソ
ン接合素子の説明に供する、Nb／BN／Nb三層
膜をオージエ電子分光によつて深さ方向分析した
結果を示す図、第７図は第６図と同じ膜を300℃
で30分熱処理した後のオージエ電子分光の結果を
示す図である。第８図は本発明の実施例１による
Nb／BN／Nbジヨセフソン接合の電流−電圧特
性を示す図、第９図は係る接合を300℃で30分熱
処理した後の電流−電圧特性を示す図である。第
１０図は本発明の実施例２によるトンネル型ジヨ
セフソン接合素子の一部を示す断面図である。第
１１図及び第１２図は本発明が解決しようとする
問題点の説明に供する、Nb／Al酸化物／Nb三
層膜の熱処理前と後それぞれのオージエ電子分光
法による深さ方向分析の結果を示す図である。第
１３図及び第１４図は発明が解決しようとする問
題点の説明に供する。Nb／Al酸化物／Nbジヨ
セフソン接合素子の熱処理前と後それぞれの
4.2Kにおける電流−電圧特性を示す図である。
また第１５図及び第１６図は本発明の作用の説明
に供する、Nb／SiC／Nb三層膜の熱処理前と後
それぞれのオージエ電子分光法による深さ方向分
析の結果を示す図である。第１７図及び第１８図
は本発明の実施例２によるトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の熱処理前と後それぞれの4.2Kにお
ける電流−電圧特性を示す図である。 符号の説明、１……Si基板、２……絶縁層、３
……下部電極、４……トンネル障壁層、５……上
部電極、６……上部電極保護層、７……層間絶縁
層、８……超電導配線層、１０１……Si基板、１
０２……下部電極、１０３……トンネル障壁層、
１０４……上部電極、１０５……層間絶縁膜、１
０６……超電導配線層。
ヨセフソン素子の一部を示す断面図である。第２
図は従来のNb／AlN／Nb三層膜をオージエ電子
分光によつて深さ方向分析した結果を示す図、第
３図は第２図と同じ膜を300℃で30分熱処理した
後のオージエ電子分光の結果を示す図である。第
４図は従来のNb／AlN／Nbジヨセフソン接合の
電流−電圧特性、第５図は係る接合を300℃で30
分熱処理した後の電流−電圧特性を示す図であ
る。第６図は本発明によるトンネル形ジヨセフソ
ン接合素子の説明に供する、Nb／BN／Nb三層
膜をオージエ電子分光によつて深さ方向分析した
結果を示す図、第７図は第６図と同じ膜を300℃
で30分熱処理した後のオージエ電子分光の結果を
示す図である。第８図は本発明の実施例１による
Nb／BN／Nbジヨセフソン接合の電流−電圧特
性を示す図、第９図は係る接合を300℃で30分熱
処理した後の電流−電圧特性を示す図である。第
１０図は本発明の実施例２によるトンネル型ジヨ
セフソン接合素子の一部を示す断面図である。第
１１図及び第１２図は本発明が解決しようとする
問題点の説明に供する、Nb／Al酸化物／Nb三
層膜の熱処理前と後それぞれのオージエ電子分光
法による深さ方向分析の結果を示す図である。第
１３図及び第１４図は発明が解決しようとする問
題点の説明に供する。Nb／Al酸化物／Nbジヨ
セフソン接合素子の熱処理前と後それぞれの
4.2Kにおける電流−電圧特性を示す図である。
また第１５図及び第１６図は本発明の作用の説明
に供する、Nb／SiC／Nb三層膜の熱処理前と後
それぞれのオージエ電子分光法による深さ方向分
析の結果を示す図である。第１７図及び第１８図
は本発明の実施例２によるトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の熱処理前と後それぞれの4.2Kにお
ける電流−電圧特性を示す図である。 符号の説明、１……Si基板、２……絶縁層、３
……下部電極、４……トンネル障壁層、５……上
部電極、６……上部電極保護層、７……層間絶縁
層、８……超電導配線層、１０１……Si基板、１
０２……下部電極、１０３……トンネル障壁層、
１０４……上部電極、１０５……層間絶縁膜、１
０６……超電導配線層。
Claims (1)
- １ 基板上に形成された超電導体よりなる第１の
超電導電極、上記第１の超電導電極上にトンネル
障壁層を介して形成された第２の超電導電極を有
するトンネル型ジヨセフソン接合素子において、
上記トンネル障壁層は窒化ホウ素もしくは炭化硅
素を含む単層膜または多層膜でなることを特徴と
するトンネル型ジヨセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219150A JPS6464274A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Tunnel type josephson junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219150A JPS6464274A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Tunnel type josephson junction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6464274A JPS6464274A (en) | 1989-03-10 |
| JPH054828B2 true JPH054828B2 (ja) | 1993-01-20 |
Family
ID=16730990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62219150A Granted JPS6464274A (en) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | Tunnel type josephson junction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6464274A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9653398B1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-05-16 | Northrop Grumman Systems Corporation | Non-oxide based dielectrics for superconductor devices |
| US10608159B2 (en) | 2016-11-15 | 2020-03-31 | Northrop Grumman Systems Corporation | Method of making a superconductor device |
| US10763419B2 (en) | 2017-06-02 | 2020-09-01 | Northrop Grumman Systems Corporation | Deposition methodology for superconductor interconnects |
| US10985059B2 (en) | 2018-11-01 | 2021-04-20 | Northrop Grumman Systems Corporation | Preclean and dielectric deposition methodology for superconductor interconnect fabrication |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS582082A (ja) * | 1981-06-29 | 1983-01-07 | Nec Corp | ジヨセフソン接合素子 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6448315A (en) * | 1987-08-14 | 1989-02-22 | Hitachi Metals Ltd | High temperature superconductor |
-
1987
- 1987-09-03 JP JP62219150A patent/JPS6464274A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS582082A (ja) * | 1981-06-29 | 1983-01-07 | Nec Corp | ジヨセフソン接合素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6464274A (en) | 1989-03-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |